[發明專利]一種基于差動運動原理的壓電驅動器及其控制方法

有效

• 申請號: 202110940981.8
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113612406B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 冀世軍;安永康;趙繼;胡志清;代漢達;劉振澤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;H02N2/06;H02N2/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 杜森垚

本發明公開了一種基于差動運動原理的壓電驅動器及其控制方法，包括基座、差動單元、動子單元及初始間隙調整單元；動子單元和初始間隙調整單元分別通過螺釘固定在基座上，差動單元豎直固定在初始間隙調整單元上；差動單元包括差動柔性鉸鏈、左壓電疊堆、右壓電疊堆，左壓電疊堆和右壓電疊堆分別通過預緊螺釘對稱安裝在差動柔性鉸鏈內；動子單元包括導軌以及滑動連接在導軌上的滑塊，并通過初始間隙調整單元調節差動柔性鉸鏈的驅動腳與滑塊之間的初始間隙。滑塊在差動柔性鉸鏈的驅動下在導軌上滑動，通過同時向左壓電疊堆和右壓電疊堆施加協同驅動電信號，Z形柔性鉸鏈組將產生彈性變形，可以合成并輸出差動運動以實現抑制回退運動的功能。

技術領域

本發明涉及精密定位領域，特別是涉及一種基于差動運動原理的壓電驅動器及其控制方法。本發明提供的基于差動運動原理的壓電驅動器及其控制方法，與現有的粘滑式、慣性式、寄生式等驅動原理研制的壓電驅動器相比，從驅動原理上實現了對粘滑式等壓電驅動器出現的回退運動的抑制，極大地提高了壓電驅動器的輸出性能和使用壽命，可用于精密定位、精密/超精密加工、精密光學系統和顯微操作等領域實現無回退、高精度的定位。

背景技術

隨著精密定位、精密/超精密加工、精密光學系統等領域對微/納米定位、加工和操作等需求的不斷提升，對精密定位平臺的需求也愈發迫切。基于逆壓電效應的壓電疊堆因具有高剛度、高分辨率、快速響應等優點，獲得了廣大研究人員的青睞，成為了驅動器的主流驅動元件。目前，研究人員開發出了多種驅動原理的壓電驅動器，例如直推式、仿生尺蠖式、粘滑式、慣性式和寄生式等類型。其中，直推式壓電驅動器行程十分有限，往往只有幾十微米，其應用場合較為有限。而仿生尺蠖式壓電驅動器雖具能夠輸出長行程的直線運動，但其結構往往比較復雜，且通常需要3個及以上數量的壓電疊堆且需要按照特定的時序進行驅動，因此其控制和操作流程較為繁瑣。而諸如粘滑式、慣性式和寄生式等類型的壓電驅動器能夠輸出長行程的直線運動，且這些類型的壓電驅動器的結構和控制相對簡單，但在工作過程中普遍存在著回退運動，不僅會降低驅動器的輸出性能，而且會縮短驅動器的使用壽命。

綜上所述，在壓電驅動器領域中，回退運動是研究的熱點問題，需要亟待解決。為此，需要提出一種新的壓電驅動原理，并研制出相應的裝置和方法，在保留現有粘滑式、慣性式和寄生式壓電驅動器結構簡單、控制簡單、大行程的基礎上實現對回退運動的抑制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于差動運動原理的壓電驅動器及其控制方法，解決了現有技術存在的上述問題。本發明基于差動運動原理的壓電驅動器的結構簡單，控制方法靈活，差動柔性鉸鏈的驅動腳與滑塊之間的初始間隙可以通過微調機構的旋鈕來調節，在合適的初始間隙下，通過驅動單元中兩個壓電疊堆的協同驅動，可以在差動柔性鉸鏈的驅動腳處輸出差動運動，從而有效抑制了粘滑式等壓電驅動器固有的回退運動。本發明為研究抑制粘滑式、寄生式、慣性式等類型壓電驅動器回退運動提供了一種解決方案，在精密定位、精密/超精密加工、精密光學系統和顯微操作等領域具有廣闊的應用前景。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現，結合附圖：